三维精细构造解释（精选5篇）
三维精细构造解释 篇1
0 引言
当前常用的地震解释 (包括交互工作站解释) 实质上是三维资料的二维平面解释, 从三维数据体中沿主测线inline和联络线crossline抽取若干个剖面进行解释。这样不仅使大量的地震资料未能有效利用, 而且成果精度较低, 难以发现小的构造和地层特征, 造成小断层和小构造的漏失, 大大降低了对地下地质体的认识精度, 同时也降低了三维地震的应用效果。利用常规的地震解释技术, 将不能很好的进行小断层的解释, 甚至会出现假断层的现象[1]。
随着三维勘探技术的迅速发展, 三维地震勘探的资料解释方法和技术也向着更真实、更准确、更清晰地反映地下地层各种地质信息的方向突飞猛进。目前, 在三维地震勘探中发展最快的是全三维地震资料解释技术, 该技术不仅提高地震资料解释的准确性而且能够提供较准确的钻探井位, 利用先进的解释软件打破常规的三维资料二维解释, 充分利用三维数据信息, 获得更精细的构造形态。因此, 三维地震精细解释技术受到高度重视。
1 三维地震勘探的精细解释技术
1.1 小断层的正演模拟
对地质模型进行波场正演计算可以模拟地震波在地下介质中的传播规律, 以明确地质体地震记录的特征, 同时也能提供地下地质体地震波岩石物理响应特性, 为正确研究地下地质环境提供地震波波场证据, 以便对解释工作起到一定的指导作用。
设计一个三层介质的地质模型进行正演模拟实验, 图1 (a) 是小断层的地质模型。模型参数:煤的断距为5 m, 煤层厚度为8 m, 煤层速度为2 000 m/s, 围岩地层速度自上而下分别为1 800 m/s、3 200 m/s、3 200 m/s;图1 (b) 为小断层正演模拟的地震响应。根据正演模拟后的地震响应分析, 断距为5 m的小断层, 地震剖面有一定的变化, 为后期的地震资料解释工作提供了依据。
1.2 三维精细构造解释的主要方法[2,3]
精细解释方法是建立在现代应用计算机信息技术理论、全空间三维解释技术基础之上, 结合主要目的层位将原数据体转化为参数属性、相干属性、方差属性等数据体。在解释流程中, 首先将原数据体运用数学变换方法处理成多种属性数据体、方差数据体和顺层切片。三维方差体、相干数据体、水平切片、地震属性提取有机地结合可建立起全区地质构造骨架模型。解释过程中, 纵向、横向和任意时间剖面相结合, 时间剖面和方差切片、相干切片有机相结合, 全方位的反复对比、反复检查、反复修改确认, 确保解释结果正确性和可靠性。
2 应用实例
本次精细解释技术主要结合Geoframe解释软件和基于Windows操作系统研制开发的煤矿三维地震资料动态解释系统, 来验证地震精细解释技术的可行性。以山东地区某矿某采区实际资料为例, 研究发现, 断层解释以相干层切片为主, 结合地震属性提取、方差切片相互验证, 得到了比较满意的构造解释效果[4]。
2.1 方差技术和相干技术
图2、图3分别是某采区的相干切片和方差切片, 可以看到两种切片对小断层的反应较明显, 由于相干及方差体的生成是在传统解释中进行的, 它提供的断层形态不存在由于解释人员对比和层位自动拾取产生的偏差, 精度高, 人为因素少, 所以利用相干切片和方差切片来追踪构造面解释小断层可以获得较高的精度;另一方面、利用三维相干及方差体技术可以得到地下任意位置的倾角信息, 可以反映出地层的空间特征, 有利于地层属性解释。利用相干及方差体技术进行小断层的自动解释是一种行之有效的方法。该方法工作效率高, 解释结果较为客观, 该技术与其它属性结合使用势必在全三维构造解释中得到广泛应用。
2.2 任意方向测线解释技术
此技术主要利用基于Windows操作系统研制开发的煤矿三维资料动态解释系统, 具有操作简便, 运行性能稳定等特点。任意方向测向解释主要实现思想为:Auto CAD文件格式的煤层底板等高线图上拾取任意测线→与动态解释系统数据交换→解释性处理与解释→利用巷道数据进行时间深度转换→生成地质剖面。如图4为不同方位的地震剖面, 可以看出不同方位地震剖面的断层显示有明显差异。
图4 (a) 、 (b) 、 (c) 分别是垂直与SF01断层走向、与垂直断层走向偏60°和45°剖面, 从图可以看出当选取的剖面垂直断层走向时, 地震剖面有明显变化, 解释过程中可判断此处有断层SF01;与断层走向偏60°和45°的地震剖面, 层位几乎没有明显变化。如果我们在解释过程中仅选取若干个方位的地震剖面, 就会使一些地震资料未有效利用, 导致小断层的漏失, 因此, 在解释中应多方位选取地震剖面, 才能获得更精细的构造形态。图4 (a) 中解释的小断层SF01与巷道实际揭露的位置吻合较好, 说明了本文提出的三维地震精细解释技术的可行性、准确性。
2.3 地震属性的提取技术
地震波在横向均匀的地层中传播时, 由于各相邻道的激发、接收条件十分接近, 反射波的传播路径与穿过地层的差别极小, 故对反射波而言, 同一反射层的反射波走时接近, 同时表现在地震剖面上是极性相同, 振幅、相位一致, 即为波形相似。当地层结构发生变化 (如存在断层) 时, 相邻道之间所接收反射波的旅行时及振幅、相位、频率等都将产生不同程度的变化。
本次精细解释主要提取了最大振幅、相似系数、时差、相关等6个对小断层特征反映明显的属性参数, 然后将这些属性进行了标准化处理, 最后得出了6种属性参数分析的综合曲线图。图5为地震剖面解释图, 图6为属性提取结果图。结果表明:经过综合处理后, 三维地震6种属性参数的综合曲线图与地震剖面解释的断层达到吻合, 得到了较好的验证。从图6可以看出:在三维地震参数综合曲线图上, 小断层的位置、宽度反映明显。其中FS51为实际揭露的断层, 进一步证明了精细解释技术解释小断层构造的准确性和可靠性。
3 与常规解释技术的比较
常规的三维地震资料解释:第一、主要利用了反射波的运动学特征 (如波至时间) 来解决构造地质问题, 而没有充分利用反射波的动力学特征 (如振幅、频率等) ;第二、解释人员仍未摆脱二维解释思路的束缚, 无形中浪费了大量的有用信息, 造成小断层和小构造的漏失, 甚至造成小断层的误判, 大大降低了三维地震解释的准确度;第三、无法准确解释5 m及5 m以下落差的断层, 如:对于一个5 m落差的小断层, 煤层速度按2 500 m/s计算, 其实际时间落差为4 ms左右;在常规比例显示的地震时间剖面上1 mm代表4 ms, 所以5 m断层的时差为时间剖面上的1 mm, 如此小的时间异常依靠人的肉眼难以给予准确解释与识别, 更何况人的肉眼无法提取和很难同时利用地震波运动学、动力学等信息来进行三维地震资料的精细地质解释, 这也是导致5 m以下小断层的三维地震解释没有获得突破的主要原因之一。
三维精细解释技术主要采用Geoframe解释软件和基于Windows操作系统研制开发的煤矿三维地震资料动态解释系统, 将相干切片、方差切片、多方位剖面解释技术和双极性显示有机结合起来, 有效地解释5 m落差的小断层, 突破常规解释技术“垂直分辨率”的极限, 最后经过地震属性的提取来验证解释断层的准确性, 为矿井安全开采提供了进一步的保障。
4 结论
常规的解释技术无形中浪费了大量的有用信息, 导致了小断层的误判和漏判, 除此之外, 人的肉眼对小断层也难以给予准确的识别, 这些成为当今煤田无法解释5 m以下小断层构造的主要原因。针对目前三维地震解释技术的发展现状, 利用Geoframe解释软件和煤矿三维地震资料动态解释系统, 联合相干技术、方差技术、地震属性技术等方法, 能够有效地提高小断层构造的解释精度, 为矿井生产提供更丰富更可靠的勘探成果。
参考文献
[1]程建远, 何文欣, 朱书阶.三维地震资料的精细解释技术[J].煤田地质与勘探, 2001 (12)
[2]蔡涵鹏.方差体的改进算法及在地震解释中的应用[J].煤田地质与勘探, 2008 (2)
[3]程建远.三维地震资料解释性处理技术[M].北京:石油工业出版社, 2004
[4]郭恒庆, 程建远, 杨文钦, 等.济宁二号煤矿3煤层宏观结构三维地震精细解释[J].煤田地质与勘探, 2007, 35 (5) :66-68
三维精细构造解释 篇2
1区域地质背景
构造上,研究区位于陕甘宁盆地的西缘,主体构造为长梁山—磁窑堡向斜构造,区内断层较为发育。地貌上属于低缓丘陵,地表为沙丘掩盖,地形低缓平坦。区内地层走向为北东向,倾角3~8°,从老到新依次发育:三叠系上田组(T3s)、侏罗系延安组(J2y)、侏罗系直罗组(J2z)、侏罗系安定组(J3a)和第四系松散沉积。含煤地层为侏罗系延安组,平均厚度338.42 m,共含可采、局部可采及不可采煤层(煤线) 30余层。煤层埋藏呈西部浅、 东部加深的变化趋势。二煤、六煤和十六煤分别位于延安组上部和下部,煤层厚度大且稳定,为全区稳定的可采煤层,也是本文研究的主要目的层。
2三维地震剖面构造解释
在煤田三维地震资料解释中,准确解释断层十分重要。三维地震资料具有数据量大、信息丰富、 空间分辨率高等特点,因此三维地震资料需要利用计算机进行精细构造解释。研究区地层低缓平坦, 煤系地层沉积旋回清晰,主要标志层较为稳定,二煤、六煤、十六煤全区稳定,与其上、下围岩波阻抗差异大,物性差异明显,因此可以形成较好的反射波。本次研究资料处理工作在Sun Blade2000工作站上进行,采用绿山折射静校正,采用法国CGG公司的GEOVECTEUR PLUS全三维处理软件和东方公司GRISYS地震数据处理软件,利用Geo Frame 4.3的Geo Quest IES/IESX交互地震地质解释系统和Geo Viz可视化软件,使用经全三维处理得到的高密度三维数据体,网格密度为5 m × 5 m × 1 ms。三维数据体反映了地质体在空间的形态变化,利用该数据体可以输出水平时间切片和垂直时间剖面[2,3,4,5]。
2.1层位标定
层位标定在地震资料解释中最能反映地层情况,也是最需要物探与地质结合的一个重要环节。 准确的层位标定是地震资料解释、速度建场以及地质分析评价的前提和基础,是钻井与地震之间的桥梁。影响层位标定的因素较多,如地震资料的极性、相位、信噪比等。三维地震时间剖面利用偏移剖面、叠加时间剖面上同相轴、波形、振幅强度、 波组特征、时差等进行综合对比,最终对对二煤底界面、六煤底界面和十六煤底界面进行了标定。
通过标定确定了反射波组对应的地质层位:T2波为二煤层底界面所对应的反射波,T6波为六煤层底界面所对应的反射波,T16波为十五煤层和十六煤层的复合反射波。
2.2速度研究
地震波在地下沿路径的传播速度是地震资料解释中至关重要的参数,速度选择正确与否,直接影响地震地质成果的精度。本次三维地震勘探时-深转换速度的求取,充分利用钻孔资料进行速度标定,以提高各层时-深转换速度参数的精度。
速度标定及速度场的建立:由时间域转换成空间域(或称深度域),需用速度参数。为保证定量解释精度,用已知资料建立准确的速度场至关重要。所谓速度标定,即利用区内已知钻孔揭露的地质层位深度及时间域对应的反射波旅行时反算求出速度值;然后将离散的速度值经拟合平滑而形成测区的速度场。该速度参数是时深转换的重要参数。
三维数据体处理已经完成了空间归位,建立了空间闭合关系,平面上的时间值就是该点到目的层的铅直双程旅行时间,由于本区地表高差变化大, 采集的原始资料煤层反射波时间是相对于地表的, 在资料处理过程中校正到某一高程的统一基准面上,本次三维数据体基准面为1 300 m,填充速度为2 700 m/s。为了准确求取煤层反射波时-深转换速度参数,充分利用施工时的测量成果和钻孔的煤层高程,对实际地表进行模拟绘制地表高程图,反校正到处理的统一高度。
全区共收集详查和新施工钻孔9个,经分层标定,求解各目的层上覆地层的平均速度。其中二煤层利用钻孔4个,六煤层利用钻孔4个,十六煤层利用钻孔9个。经标定可以看出各层速度随着深度的增加,其速度也相应增大,但煤层速度变化不大。二煤组转换速度变化范围为:2 100~2 500 m/s; 六煤组转换速度变化范围为:2 200~2 600 m/s,十六煤组转换速度变化范围为:2 000~2 650 m/s。同时,应用速度标定,也检查了相位追踪的对比情况。当发现速度异常时,需检查断层和相位追踪是否正确,以避免断层组合和相位对比错误。
2.3构造解释
1)断点解释。断点解释是一个关键而复杂的问题,由正演得知,当地层正常时,时间剖面上反射波同相轴稳定、连续性好、无畸变。若时间剖面上标准反射波同相轴发生错断、强相位转换、分叉合并、同相轴数目增多或发生扭曲畸变等,则是识别断点的依据。在有效波的追踪对比解释中,以 “波形+变面积”为主配合其他显示方式识别断点(见图1)。
2)断层组合及产状闭合。三维资料解释的断点组合,将性质相同、落差相近或有规律变化的相邻剖面上的断点按一定展布规律组合,同一断层的断点在相邻倾向和走向上的性质具有一定的规律性,根据这些规律将相邻剖面的断点组合后,反过来再在各个方向上闭合,检查断面与同相轴之间的关系,同时利用层拉平切片解释断层的走向,这些关系在同一层位上表现出统一性和连续性,并且符合地质构造规律。剖面上解释的断点通过解释工作站的双屏幕系统作出平面展布,并可根据要求随时调出各个方向的垂直剖面。通过加密测线对每条断层进行追踪和控制,提高了断层组合的可靠程度。
3)断层倾向及倾角的解释。时间剖面上有两个或两个以上的有效波同相轴均错断时,其倾向及倾角能够得到准确解释。对于层间小断层,仅单层有效波发生错断,则参考上下相邻辅助相位及区域规律进行推断解释,其倾角多属推断,在纵横剖面上对同一断层进行闭合。本次研究倾向剖面(线)解释间距为40 m,走向剖面(线)解释间距为40 m, 局部地段加密至10 m×10 m。
4)褶曲的解释。褶曲形态解释主要是对煤层反射波同相轴的起伏(上凸或下凹)形态进行解释。 在剖面和平面图上追踪褶曲轴走向,根据平面图等高线计算与描述褶曲两翼地层倾角及褶曲展布范围、褶曲幅度。
3解释成果的检查和控制
3.1利用连井或任意方向剖面检查层位的对比
在解释过程中,通过钻孔做连井时间剖面,可以对有效波所对应的地层进行检查标定,同时也可以检查层位追踪和断层的解释成果;也可以在解释系统的双屏幕上做任意方向的闭合连线剖面来检查解释层位的正确性。一般做这种剖面在未解释断层的区域进行。
3.2利用水平切片检查断层的纵、横向展布趋势
水平切片上同相轴的强弱反映了反射波的强度,其宽度与地层倾角的大小有关,也与视频率的高低有关。当断层存在时,水平切片上同相轴被断开,错开的大小与断层的断距有关,同相轴的走向反映了地层的走向,同相轴的弯曲变化是褶皱的反映(见图2)。水平切片的错开量是垂直剖面上错开量的6~8倍,它和断距的大小及显示的比例有关。水平切片对断层具有放大作用,由于水平切片对断层有较高的分辨能力,因此充分利用它识别断层,同时对断层组合的合理性及断层的延展情况进行检查。
3.3层拉平切片法
层拉平切片反映的是某一界面或层位上振幅的平面变化,层拉平切片可以直观地显示断层的平面位置,也可以显示由煤厚变化引起的反射波振幅异常,由此,层拉平切片不仅可以解释断层和薄无煤区,也可以检查解释成果的正确性(见图3)。
3.4方差体技术
方差数据体技术是利用相邻地震信号之间的差异性来直接描述地层、岩性等的横向变化,特别是在识别断层及确定断层面的空间延展位置等方面有其独到的优势,使用方差体的垂直剖面、水平切片、岩层切片及立体显示资料有助于解释人员快速了解整个补勘区断层构造及岩性变化的整体空间展布特征,加快解释速度并提高解释精度,而且可以检查断层解释的可靠性(见图4)。
3.5任意角度切断层法
在空间上一个断层,与它成任意角度切剖面, 断层在剖面上都有反映,充分利用这个特征来检查解释断层的可靠性(见图5)。
3.6地震属性技术的应用
地震数据体中可以提取很多地震属性,诸如时间、振幅、频率、相位、波形、相关、吸收衰减、 速度等,这些属性都是地下地层、物性特征的具体反映。本次利用Geoframe解释软件优选了对断层反映较好的8种地震属性参与解释:均方根振幅(Rms Amplitude)、最大数量(Maxinum Magnitude)、 最大振幅(Maxinum Amplitude)、能量和(Sum of Magnitudes)、弧长(Arc Length)、平均能量(Av- erage Energy)、正极性振幅和(Sum of Pos. Ampli- tudes)和负极性振幅和(Sum of Neg. Amplitudes)。 首先利用均方根振幅对时窗漂移量进行试验,结果表明采用向上向下开15 ms效果最为理想,再利用各种地震属性来检查断层位置和延展方向[6,7,8]。
4结束语
1)本次三维地震勘探结果表明:勘探范围内构造程度属复杂,全区共解释断层9条,其中正断层2条,逆断层7条,断层走向以近南北和北东向为主。
2) 针对目前三维地震解释技术的发展现状, 利用Geo Frame4.3的Geo Quest IES/IESX交互地震地质解释系统和煤矿三维地震资料动态解释系统,联合三维数据体、水平切片、多属性技术及方差体技术等方法,能够有效地提高小断层构造的解释精度,为矿井生产提供丰富可靠的勘探成果。
参考文献
[1]张进铎.地震解释技术现状及发展趋势[J].地球物理学进展,2006,21(2):578-587.
[2]郭栋,韩文功.高分辨率地震资料综合解释技术及应用[J].勘探地球物理进展,2004,27(4):290-296.
[3]张延玲,杨长春,贾曙光.地震属性技术的研究和应用[J].地球物理学进展,2005,20(4):1129-1133.
[4]陈同俊,崔若飞,贾曙光.煤田采区三维地震精细构造解释方法[J].地球物理学进展,2007,22(2):573-578.
[5]朱红娟.煤田采区三维地震资料精细解释方法及应用[J].煤炭技术,2008,27(7):126-128.
[6]何灵芳,闫涛滔,刘大锰,等.三维地震资料在赵庄煤矿构造解释中的应用[J].煤炭科学技术,2011,59(8):100-103.
[7]高登辉,李海波.三维地震勘探在高庄煤矿的应用效果分析[J].价值工程,2014,21(7):321-322.
三维精细构造解释 篇3
随着煤矿综合采煤技术的推广应用, 仅用常规三维地震解释方法很难对地质异常体做出更精细描述、满足开采要求。小波分析、相干体、地震属性、波阻抗反演等技术的不断发展, 使煤田三维地震精细解释成为可能。
1 精细解释技术
1.1 小波变换技术[1,2,3]
小波变换是上世纪90年代发展起来的一项新技术, 他具有良好的时一频分析特性, 具有时间域和频率域的良好局部化特征。小波变换分析方法通过伸缩、平移功能实现对地震信号的时频局部化分析, 展现信号的瞬态反映。小波变换的小尺度分解可以有效保护地震信号中的高频成份, 使波组关系清晰, 提高分辨率, 有效识别小断层。
1.2 相干体技术[4,5,6,7]
从1995年第65届SEG年会召开以来, 相干体技术便广泛应用于世界许多油田的三维地震资料解释中, 在寻找古河道与解释断层等方面均有许多成功之例[4]。本原理是在偏移地震数据体中, 用每一道样点求得与周围数据的相干性, 形成一个表征地层相干性的三维数据体。当地层连续性遭到破坏时, 如尖灭、断层等, 地震波的变化表现边缘相似性突变。根据这一特点, 在地震相干体水平及顺层切片上, 可以直观反映断层展布和煤层的尖灭等。
1.3 波阻抗反演技术
波阻抗反演技术是目前常用的岩性勘探技术手段之一, 它充分利用测井资料的高垂向分辨率和地震资料的高横向分辨率的特点, 将反映目的层界面信息地震波数据转化为反映地层信息的波阻抗数据。有效地将测井资料与地震资料有机地结合起来。
2 应用实例
内蒙古自治区西乌珠穆沁旗五间房煤田地质详查范围内2-2、2-3和3-3煤层为三维地震勘探的主要探测目的层。在成煤期盆地受构造运动影响, 聚煤中心不断迁移引起沉积相变, 区内的岩性、岩相和建造比较复杂, 海相、路相和海陆交互相均有不同程度的发育, 主采煤层分叉、合并、尖灭常常造成断层假象。
另外, 五间房煤田煤层的围岩以较软的泥岩为主, 在构造运动过程中生成的较大断层在延展方向上常伴生小断层, 给常规三维地震数据体解释带来困难。因此, 精细解释技术尤为重要。
(1) 小波变换选用Morlet小波作为基函数, 通过小波变换生成3种尺度小波数据体, 利用低尺度小波数据体提取剖面进行解释, 在图1中看到落差小于5 m的断层F02的断点在小波变换的时间剖面上很清晰。
(2) 三维地震资料相干体计算、解释过程分3步: (1) 三维偏移数据体层位标定; (2) 相干处理参数选择的计算; (3) 做水平切片及沿目的层 (煤层) 的相干体切片并解释。我们选择计算协方差矩阵中特征值的一种算法 (C3) , 主要可供选择的参数是子体和时窗大小, 分析后选择3×3子体, 时窗27 ms的相干计算参数。在相干体水平切片及2-3煤层相干体顺层切片上, 如图2所示, 可清晰显示2-3煤断层展布, 其中包含5 m以下断层 (图2中椭圆圈出的断层) 。
(3) 选择稀疏脉冲波阻抗反演算法: (1) 反复调整反演子波, 得到高精度的合成记录; (2) 建立测井资料与地震资料的准确对应关系; (3) 对地震剖面做准确精细标定、解释; (4) 建立精细、准确的三维复杂断块的约束模型。构造解释及反演在专用商业软件 (Geoframe、JASON) 中完成, 2-3煤合并, 分叉显示清晰, 如图3所示。
3 结语
(1) 五间房煤田的煤层多为煤与泥岩逆变型互层状态, 横向变化较为复杂, 地震响应存在明显差异, 解释难度大且存在多解性。
(2) 三维精细构造解释充分利用三维数据体信息, 结合测井数据及相干体、小波分析、波阻抗反演及图像处理技术, 使解释精度大大提高、解释成果更完整、可靠。
(3) 地震数据的保真处理是三维精细解释技术应用的基础, 尽管目前地震资料处理技术在这方面有较大进展, 但对精细解释技术的实际要求而言, 仍存在陷阱。
参考文献
[1]吴健生, 刘苗.基于波的位场数据融合[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2008, 36 (8)
[2]陈广军, 张善文, 李建明, 石建新.小波分析技术在薄砂岩储集层描述中的应用[J].石油物探, 2002, 4 (1)
[3]崔若飞, 李晋平.地震资料小波剖面制作系统[J].地球物理学进展, 2003, 18 (3)
[4]管晓燕, 毕俊凤, 幕星.多信息相干技术在阳信洼陷构造研究中的应用[J].勘探地球物理进展, 2006, 29 (1)
[5]韩喜, 余钦范.子体相干技术在地震解释中的应用[J].勘探地球物理进展, 2007, 30 (1)
[6]范书金.地震相干体技术的研究综述[J].勘探地球物理进展, 2007, 30 (1)
三维精细构造解释 篇4
关键词：三维地震勘探,自动追踪技术,蚁群算法,地质构造
0 引言
三维地震在煤矿的推广应用不仅给矿山带来巨大的经济效益, 而且进一步推动了地球物理技术本身的发展, 但直到目前断层面解释仍然存在很大的主观性[1]。为克服解释主观性, 有效提高断层解释精度, 加深对地质及构造细节的认识, 缩减人工解释时间, 文章在三维地震解释中创新性地应用了斯伦贝谢公司推出自动构造解释模块中的“蚂蚁”追踪技术[2]。“蚂蚁追踪”算法是基于断裂检测属性体在增强断裂信息的同时减弱非断裂信息。“人造蚂蚁”在计算过程中作为搜索体在地质构造中寻找断裂, 通过多个“人造蚂蚁”搜集的断裂信息可以更为清楚地获得断裂响应。该技术有以下几个方面的优势:很大程度上缩短繁琐的人工解释时间;在改善地质细节描述的同时提高构造解释精度;提供详尽、可重复、客观的地层不连续性构造图;可以更好地构建矿井地质构造模型, 为井田开拓工作面回采提供地质基础[3]。
1 蚂蚁体自动追踪技术原理
“蚂蚁追踪”算法通过内置的三维地震体使得断层等地质构造能够最大程度地识别, 并在此基础上运用可视化技术及智能搜索功能找到断层, 为地质专家及现场施工提供更加直观的地质构造解释[4]。
该技术的基本原理就是将大量的电子“蚂蚁”随机分布在三维地质体中, 每个“蚂蚁”在三维地质体中寻找断层, 并沿着可能的断层面不断前移, 直至寻到可能存在的断层面, 并用“信息素”对该断层进行标记。而没有标记或者标记不明显的区域则认为不存在断层。综上所述, “蚂蚁追踪”自动追踪算法是以断层面为重点追踪对象的新型最终算法。因此该算法能够清楚地识别断层组以及不连续地质体。
2 蚂蚁体自动追踪技术流程
“蚂蚁追踪”算法的工作流程分4步:增强边界特征, 突出特殊的地层不连续性, 预处理地震资料;生成蚂蚁追踪立方体, 提取断层;确认、校验断层;创建最终断层解释模型。具体流程如图1所示。
“蚂蚁追踪”算法是基于断裂检测属性体在增强断裂信息的同时减弱非断裂信息。该算法利用生物仿真的原理模仿蚂蚁对其搜索食物过程中进行的爬行轨迹的标记行为。“人造蚂蚁”在计算过程中作为搜索体在地质构造中寻找断裂, 通过多个“人造蚂蚁”搜集的断裂信息可以更为清楚地获得断裂响应。因此, 利用蚂蚁追踪体可以对地质构造中的断裂面进行自动解释。
3 参数设定及其意义
“蚂蚁追踪”算法首先估算每只“蚂蚁”所在位置的 (用蚂蚁边界参数控制) 局部最大值的方位, 该方位用于决定“蚂蚁”追踪的方向。在软件中, 追踪的方位偏差最大为偏离原始方位15°。而且, “蚂蚁”的移动步长用地震数据的样点来定义, 所涉及参数如下。
3.1“蚂蚁”边界 (样点数1~30)
该参数作为每只“蚂蚁”的控制半径 (用样点数定义) , 决定“蚁群”的初始分布状态。由于该参数定义了数据体中“蚂蚁”总体数量, 因此对计算时间有非常大的影响。对于追踪大的区域断层来说, 该参数应大些 (5~7个样点) 。对于追踪小断裂和裂缝这样的细节来说, 建议使用的样点数为3~4。总之, 该参数小于3没有实际意义。如果小于3就会导致多个“蚂蚁”追踪同一条断裂, 而不会增加更多的细节。该参数并不意味着“蚁群”同时出现在数据体中, 仅用于确保每只“蚂蚁”搜索局部最大值时的初始位置不与其它“蚂蚁”的控制范围重叠。“蚂蚁”边界用样点数半径来定义, 如果某只“蚂蚁”不能找出局部最大值或在该半径内计算出方位, 该“蚂蚁”将消亡。
3.2“蚂蚁追踪”偏差 (样点数0~3)
该参数控制追踪时局部极大值的最大允许偏差, 最大只能偏离初始方位15°。算法允许“蚂蚁”接受预测方位节点两侧的局部极大值点, 如果距极大值点距离超出了追踪步长, 追踪偏差参数将被考虑。如果偏差太大, 该“蚂蚁”将不能继续追踪。如果该参数为1, 则意味着允许“蚂蚁”在位置点两侧1个样点范围内搜索局部极大值。如果搜索不到极大值, 将记录一个非法步。如果搜到极大值, 当前位置点到该极大值点为一个合法步。
3.3“蚂蚁”步长 (样点数2~10)
该参数用样点数定义“蚂蚁”的搜索步长, 决定了每只“蚂蚁”在搜索局部极大值时的单步长度。增加该值将使每只“蚂蚁”搜索得更远, 但会降低精度。
3.4 允许非法步数量 (样点数0~3)
该参数为允许多少个“蚂蚁”步长内搜索不到极大值, 简单的说就是同方向允许的搜索次数。即假如该参数设为1, 当蚂蚁在有效的搜索区域中前进一步不能搜索到极大值, 就称为一个非法步。当“蚂蚁”的连续非法步达到二个时, “蚂蚁”将中断在该方向的搜索。如果第二步搜索到了有效点则继续前进 (并判断合法步骤数量是否满足条件, 参数5) 。该参数为允许连续多少个非法步。
3.5 必须合法步数 (样点数0~3)
该参数控制搜索结果的非法间隙是否连接, 该参数与上述允许非法步数量结合使用。该参数意义为每只“蚂蚁”搜索路径中必须包含的合法步数。例如将该参数设为2, 则只有当蚂蚁连续搜索到二个合法步后, 搜索结果才有效。如果第一步为合法步, 而下一步为非法步, 此断裂追踪结果将无效。该参数为必须连续多少个合法步。因此, 该参数直接影响着搜索精确度。
3.6 终止条件 (0~50%)
该参数控制着“蚂蚁”的生死, 即当每只“蚂蚁”在追踪过程中允许的总非法步数百分比超过该值时, “蚂蚁”就结束自动追踪。
4 应用情况及经济社会效益
金庄煤业北二盘区构造极其复杂, 小断层发育, 经过“蚂蚁”体自动追踪技术的精确分析得出全区共有褶曲4个, 发现断层106条、断点异常87条。主要可采煤层5号煤层、8号煤层;5、8号煤层反射清晰, 同向轴连续性较好, 本次选用5煤作为应用对象, 运用“蚂蚁”追踪技术与原有技术进行对比解释, 如图2、3所示。
由图2、3对比可以看到, “蚂蚁”体对断裂构造的刻画更为精细, 相对传统技术能够发现更多的小型断裂构造及断裂异常, 勘探精度、分辨率大大提高, 为矿井的设计开采提供了更为精细的参考信息。
5 结论
(1) 蚂蚁体自动追踪技术有以下几个方面的优势:极大程度上缩短繁琐的人工解释时间;在改善地质细节描述的同时提高构造解释精度;提供详尽、可重复、客观的地层不连续性构造图;可以更好地构建矿井地质构造模型, 为井田开拓工作面回采提供地质基础。
(2) “蚂蚁追踪”算法是基于断裂检测属性体在增强断裂信息的同时减弱非断裂信息。“人造蚂蚁”在计算过程中作为搜索体在地质构造中寻找断裂, 通过多个“人造蚂蚁”搜集的断裂信息可以更为清楚地获得断裂响应而更清楚地描绘断层等地质构造。
(3) 经实测发现金庄煤业北二盘区构造极其复杂, 小断层发育, 全区发现褶曲4个, 发现断层106条、断点异常87条。主要可采煤层是5号煤层、8号煤层;5号、8号煤层反射清晰, 同向轴连续性较好, 本次选用5号煤层作为应用对象, 运用“蚂蚁”追踪技术与原有技术进行对比解释, 将小的断层及破碎带很好地解释出来。
参考文献
[1]田忠斌.高精度三维地震勘探关键技术研究及应用[J].中国煤炭地质, 2010 (3) :44-49.
[2]马晓宇, 王军, 李勇根, 等.基于蚂蚁追踪的叠前裂缝预测技术[J].石油地球物理勘探, 2014 (6) :1199-1203.
[3]张继标, 戴俊生, 冯建伟, 等.蚂蚁追踪技术在大程庄地区断裂自动解释中的应用[J].石油天然气学报, 2012 (5) :53-57.
三维精细构造解释 篇5
我国煤矿在上世纪90年代要求查明20米以上的断层,随着煤矿开采机械化的不断开展,对构造分布的查明要求不断提高,比如,要求在开采前预先知道小构造的分布情况,尤其是3米小断层的构造分布情况。目前在淮南的部分矿区,由于地震地质条件较好,实现小断层的构造解释,对于山西地区,由于地表的地形变化大,黄土厚,存在严重的静校正问题,常规地震资料处理解释方法难以满足精细解释的要求[1,2]。
选取寺河矿西采区的地震资料为例,通过采用先进的地震资料处理技术,尤其是对地震资料进行静校正工作,消除复杂地表条件的影响;在获得较好地震资料的基础上,通过结合已知构造分布,建立小构造的解释模式,进而依次解释模式对全区的地震资料进行解释,进而获得整个勘探区的精细构造分布。
1 高分辨率地震资料处理
在寺河矿地区,由于山区表浅层地震地质条件比较复杂,对地震波的采集会造成较大的干扰,对地震分辨率有较大损害。为了在解释和反演过程中能取得较好的效果,应有针对性地对地震资料进行处理。主要的处理技术如下:
1.1 叠前噪声压制
通过调查分析原始数据,寺河矿区原始数据中主要存在强的面波和声波干扰,另外个别炮记录上还存在一些野值。利用多域分步噪音压制技术进行噪声处理,对全区的噪音都得到较好的压制,如图1。
1.2 静校正
从单炮记录看初值清楚,故采用初值折射静校正方法计算静校正量,基准面采用固定基准面,基准面高程850米。对单炮记录应用静校正,可以看出初至变光滑,目的层反射波连续性增强,如图2。
1.3 地表一致性振幅补偿
因激发和接受条件的差异,记录的地震数据能量和频率差异较大,地表一致性振幅频率补偿,可以有效减弱采集因素引起的地震数据的振幅和频率差异,如图3。
1.4 剩余静校正
剩余静校正量就是在CMP道集上进行动校正和高程静校正之后与标准双曲线之前存在的差值。在进行剩余静校正时主要的步骤有:(1)拾取层位时间(2)分解出震源和接收点静校正量、构造时差和动校正时差(3)在得到最佳剩余静校正量后,在进行NMO之前把得到的震源和接受点静校正量加到道集中去。这些静校正量应用于反褶积和抽道集之后的数据上,然后重新进行速度分析,得到新的速度可用于获得一致性最好的叠加剖面,结果如图4-图6所示。
1.5 叠前时间偏移
叠前时间偏移是复杂构造成像最有效的方法之一,根据叠前时间偏移的假设,在地层倾角较大,地下横向速度变化不明显的情况下,叠前时间偏移可以取得较好的效果,尤其是对于小构造的成像具有较好的效果。偏移叠前时间偏移一方面可以实现高精度的构造成像,另一方面还可以改善速度分析的结果。叠前时间偏移考虑了适应各种倾斜地层的DMO叠加,通过把绕射能量归为到其相应的绕射点上去,能够把存在于每一记录道中的反射波能量转移到其他真实的地下位置处,偏移精度明显提高。对该区地震数据体进行叠前时间偏移的效果如图8。
2 地震资料的精细构造解释
2.1 精细构造的解释模式
经过全三维处理得到西采区三维地震数据体(如图9),三维数据体中蕴藏着丰富的地质信息。本次三维地震资料精细构造解释采用体-面-线-点相结合的全三维解释方法进行[3,4,5]。全三维解释的基本过程是,以三维可视化立体显示为基础(如图10),之后利用三维可视化技术对数据体进行多视角空间立体追踪,然后结合各种切片(如沿层切片、水平切片、面块切片)和各种地震剖面(如主测线、联络测线、任意测线、连井测线)进行层位和断层解释[6],最后获得小断层、褶曲、煤层变薄带、冲刷带等地质解释成果。
本次解释的重点是在对地震资料的重新处理的基础上做精细构造解释,提高解释的精度。由于研究区部分已经开采,且揭露了部分断层,将这些断层的实际坐标输入解释系统,根据已揭露的断层,在地震剖面图和平面图上分别显示,之后提取不同的地震属性,找出已揭露的断层的属性特征,再依据该特征类推到整个研究区,得出全区的构造分布情况。
2.2 通过多属性地震数据体进行小构造解释
目前有较多学者都用地震属性来指导小断层的解释工作,并且在实际的应用中取得了较好的效果[7,8,9,10,11,12]。其中主要的属性技术有方差体属性,相干体属性,瞬时属性等。方差体属性是揭示地下异常体的一种有效方法,它更能清楚地识别断层和地层特征。方差体技术的特有算法是通过三维数据体来比较局部地震波形的相似性。相干值较低的点与地质不连续性如断层和地层、特殊岩性体边界密切相关。对相干数据体作水平切片图,可揭示断层、岩性体边缘、不整合等地质现象,识别构造和断层的分布,还能够减少复杂情况下人为因素造成的误差及由此而产生的多解性。瞬时属性是根据复地震道分析在地震波到达位置上抬取的属性,如瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率,并可由此导出许多其它的瞬时地震属性
根据实际的地质资料,可以得知,在西一南翼回风二巷垂直向下大概240米的地方有一实际揭露的逆断层F21,断距为4米,在以往的地震资料处理中没有该断层的响应,在此次的解释中断层F21在地震剖面上响应较为明显,且解释结果(包括断层的倾向,断距等)与实际情况吻合(如图11)。
另外,115井实际的柱状图对15号煤层的描述,此处的煤质较软,呈现出碎粒状,可以确定有断层或其他地质构造的影响,在本次地质构造解释中,断层F22直接穿过115井,与实际的地质资料吻合(如图9)。
由于规模较小的地质构造在地震剖面上的显示不是很明显,这就给解释工作带来诸多不便。大量的研究表明,利用不同的地震属性特征可以有效地解决这个问题。本次研究主要提取了方差体属性和瞬时相位属性,依据已知断层,瞬时相位属性与之吻合的较好(图13),因此,将已知断层在瞬时相位属性体上所表现出的特征推广到整个研究区,来指导小构造的解释工作,最终得出全区的构造情况(图14)。
在瞬时相位属性体上,有构造的区域会表现出不同的颜色,这样依据这一特征推广到全区,得出全区的地质构造情况。在如图14中所示的构造分布中,沿着红线的就是勘探区内的小断层分布情况,这些断层的落差大部分在5米左右,一组的走向为NNE,一组的走向为NWW,构造走向与区域大背景的情况相同。
3 结论
针对寺河矿区地表条件复杂的地震地质特征,通过采用叠前去噪、静校正、剩余静校正、叠前时间偏移等技术,获得了具有高分辨率特征的叠前道集,结合已有的开采结果,确定了勘探区内的小构造响应特征,进而得到勘探区内的小构造分布规律,有如下认识:
3.1 在地震资料的处理阶段,由于寺河矿区地表条件复杂,在地震单炮记录上能清晰的观察到折射波,因此采用折射静校正方法,从而为后续的处理奠立了良好的资料基础,采取叠前去噪和叠前时间偏移技术,确保了寺河矿西采区一块段区构造情况的正确成像。
3.2 从已有的开采资料情况来看,小断层在瞬时相位属性上具有更为清晰的特征,根据这一特征采用三维可视化和多属性分析技术,确定了勘探区的构造分布情况,勘探区内3煤的小构造分布主要有两组:一组的走向为NNE,一组的走向为NWW,与区域构造背景基本一致。
摘要：针对寺河矿区地表条件复杂,采用静校正、叠前去噪、剩余静校正和叠前偏移等技术,获得了具有高分辨的地震数据体,根据该区所揭露出的小构造,基于高分辨率地震数据,找出小构造在地震属性体上的表现形式,依据该特征指导全区的研究,对三维地震数据体提取属性处理,对获得的多种地震属性数据体分析、研究,得出识别出小断层、褶曲和陷落柱等地质构造的属性特征,最终得出全区的地质构造情况。